Il rivestimento fosfato è costituito da sottili strati cristallini di composti fosfatici che aderiscono alla superficie del substrato metallico ed è anche chiamato rivestimento di conversione fosfato che è un trattamento chimico applicato alle parti in acciaio che crea un sottile strato aderente di ferro, zinco o fosfati di manganese, per ottenere resistenza alla corrosione, lubrificazione o come base per successivi rivestimenti o verniciature. I cristalli di fosfato sono porosi e possono essere formati da soluzioni di zinco, manganese o fosfato di ferro. Ciascuno dei tre tipi fornisce un rivestimento di fosfato con proprietà leggermente diverse, come la dimensione del cristallo e lo spessore del rivestimento. Ciò consente di selezionare un rivestimento più specializzato per la particolare applicazione richiesta per parte della struttura. Questi rivestimenti sono generalmente applicati su acciaio al carbonio, acciaio bassolegato e ghisa. Il rivestimento è formato mediante spugnatura, spruzzatura o immersione del substrato in una soluzione di acido fosforico diluito combinato con altre sostanze chimiche che aiutano nel processo di rivestimento. I rivestimenti fosfatici possono essere applicati anche su zinco, cadmio, alluminio, stagno e acciaio zincato, ma sono difficili da applicare su materiali ad alto contenuto di leghe, che spesso sono immuni all'acido fosforico. I componenti principali di una soluzione di fosfatazione sono:
√ Acido fosforico (H3PO4)
√Ioni (cationi) dei metalli bivalenti: Zn2 plus , Fe2 plus , Mn2 plus
√Acceleratore: un reagente ossidante (nitrato, nitrito, perossido) che aumenta la velocità del processo di rivestimento e riduce la granulometria del deposito.
La fosfatazione è uno dei tipi più comuni di rivestimento di conversione, chiamato anche rivestimento di fosfato, fosfatazione o fosfatazione. È anche conosciuto con il nome commerciale Parkerizing, specialmente se applicato ad armi da fuoco e altre attrezzature militari. Il primo lavoro sui processi di fosfatazione è stato sviluppato dagli inventori britannici William Alexander Ross, brevetto britannico 3119, nel 1869, e da Thomas Watts Coslett, brevetto britannico 8667, nel 1906. Coslett, di Birmingham, Inghilterra, ha successivamente depositato un brevetto basato su questo stesso processo in America nel 1907, che ottenne il brevetto statunitense 870.937 nel 1907. In sostanza forniva un processo di fosfatazione del ferro, utilizzando acido fosforico. Una domanda di brevetto migliorata per la fosfatazione al manganese basata in gran parte su questo primo processo di fosfatazione del ferro britannico fu depositata negli Stati Uniti nel 1912 e rilasciata nel 1913 a Frank Rupert Granville Richards come brevetto statunitense 1.069.903.
Cos'è il processo di fosfatazione?
Il processo sfrutta la bassa solubilità dei fosfati a pH medio o alto e il bagno è una soluzione di acido fosforico (H3PO4), contenente i cationi ferro, zinco o manganese desiderati e altri additivi. L'acido reagisce con il ferro metallico producendo idrogeno e cationi ferro:
Fe più 2 H3O più → Fe2 più più H2 più 2 H2O
La reazione che consuma protoni aumenta il pH della soluzione nelle immediate vicinanze della superficie, finché alla fine i fosfati diventano insolubili e si depositano su di essa. La reazione acido e metallo crea anche fosfato di ferro localmente che può anche essere depositato. Quando si depositano fosfato di zinco o fosfato di manganese, il fosfato di ferro aggiuntivo può essere un'impurità indesiderata. Quando nella soluzione di fosfatazione viene introdotto un pannello di acciaio (ad esempio fosfato di zinco), avviene una reazione topochimica in cui viene avviata la dissoluzione del ferro ai micro-anodi presenti sul substrato dall'acido fosforico libero presente nel bagno. Il consumo di acido fosforico per la reazione provoca una riduzione dell'acidità della soluzione nello strato adiacente alla superficie metallica. La solubilità del fosfato di zinco nella soluzione neutralizzata viene ridotta, con conseguente precipitazione del sale e sua deposizione sulla superficie del substrato:
Qual è la differenza tra fosfato di manganese, fosfato di zinco e fosfato di ferro?
1. Rivestimento fosfatante al manganese
È il rivestimento fosfato più duro, più ritardante di ruggine, liscio, uniforme e resistente all'abrasione. Forma una superficie assorbente cristallina ed è ideale per substrati che devono essere resistenti all'abrasione come cuscinetti, boccole, rondelle di spinta e dispositivi di fissaggio. L'agente di rivestimento al fosfato di manganese lubrifica anche la superficie trattata, rendendola un rivestimento al fosfato adatto per l'industria automobilistica: il motore scorrevole e in movimento e le parti di trasmissione beneficiano dell'effetto lubrificante del manganese. Non richiede una finitura e il rivestimento viene spesso rifinito con una cera o un olio per migliorarne le proprietà. Il rivestimento al fosfato di manganese viene applicato quando sono richieste resistenza all'usura e proprietà anti-usura e possiede anche la capacità di trattenere l'olio, che migliora ulteriormente le proprietà anti-attrito e conferisce resistenza alla corrosione alle parti rivestite.
2. Rivestimento al fosfato di ferro
È l'opzione più economica per immersione o spray. Si applica quando è richiesta una forte adesione di una pittura successiva. Contrariamente alle soluzioni per rivestimenti di fosfato di zinco e fosfato di manganese, in cui gli ioni metallici sono un costituente della composizione, nelle soluzioni di fosfato di ferro gli ioni di ferro sono forniti dal substrato di dissoluzione. Acciaio, zinco e alluminio sono tutti substrati adatti per il rivestimento con fosfato di ferro ed è l'opzione più flessibile quando si tratta del tipo di substrato. Il prezzo della fosfatazione del ferro è chiaramente inferiore ai costi del servizio di fosfatazione di zinco e manganese e la fosfatazione del ferro, come lo Zn, è un primer comune per la verniciatura a polvere. Tuttavia, non è di gran lunga così durevole anche se la resistenza alla corrosione e l'adesione sono vicine l'una all'altra. Pertanto, il rivestimento al fosfato di ferro è consigliato solo per progetti che non richiedono una qualità estremamente elevata e devono essere realizzati con un budget limitato. In altre parole, non è adatto per la maggior parte dei progetti offshore e marittimi che sono continuamente esposti alle intemperie. I vantaggi evidenti sono:
√ Il più basso costo di produzione della fosfatazione,
√Sgrassa le superfici normalmente oleose a bassa temperatura,
√Basso costo di manutenzione
√ Finiture:verniciatura a polvere, vernice liquida
3. Rivestimento in fosfato di zinco
È il più comune di tutti i metodi di pretrattamento di fosfatazione per acciaio e ferro per immersione o spray. Non è resistente alla corrosione o lubrificante come il manganese, ma le prestazioni di resistenza alla corrosione possono essere migliorate da diversi smalti. Il processo di fosfatazione dello zinco ha la capacità di convertire la superficie del metallo in un rivestimento policristallino non metallico contenente fosfati di ferro, manganese, nichel e zinco che forniscono un'elevata resistenza alcalina. È preferito come base per vernici che offre un'adesione eccellente per vernici in polvere, rivestimenti elettroforetici o vernici liquide e offre una protezione dalla corrosione superiore e il rivestimento al fosfato di zinco è considerato il miglior primer possibile per vernici in polvere e liquide, oltre alla zincatura. L'agente di rivestimento fosfatante allo zinco crea un rivestimento molto più leggero del manganese ed è quindi vantaggioso per i progetti in cui il peso del metallo non deve essere influenzato. Questo rivestimento è anche la soluzione più comune per l'adescamento del metallo per vernici in polvere dopo che il substrato è stato sabbiato. È leggermente più costoso della fosfatazione del ferro, ma fornisce anche una migliore qualità per una maggiore durata. Il fosfato di zinco viene utilizzato per produrre rivestimenti resistenti alla corrosione che vengono generalmente applicati come parte di un processo di galvanica o come pigmento di primer. Reagisce moderatamente con l'acqua ed è solubile in acido con fonti di zinco, il che gli consente di avere una buona resistenza all'umidità e proprietà di sostituzione galvanica.
Nella maggior parte delle operazioni in cui la resistenza alla corrosione dei pezzi finiti deve essere particolarmente elevata, i rivestimenti di conversione vengono applicati utilizzando fosfato di zinco. Questo approccio è ampiamente utilizzato nei lavori di trafilatura, nell'industria automobilistica e in alcuni settori dell'industria degli elettrodomestici e dell'elettronica. Allo stesso modo, la fosfatazione allo zinco è spesso specificata dalle forze armate, in particolare per le apparecchiature che possono essere esposte ad ambienti severi. Ci sono tre fasi principali nel pretrattamento dei metalli con un rivestimento di conversione al fosfato di zinco: pulizia e attivazione della superficie metallica, applicazione dello strato di conversione e sigillatura/post-passivazione. I vantaggi del rivestimento in fosfato di zinco sono:
√ Prevenire l'abrasione causata dall'attrito prima dei processi di formatura dei metalli come trafilatura a freddo, forgiatura a freddo, imbutitura profonda.
√Aumenta la resistenza all'usura e alla corrosione con la lubrificazione protettiva.
√Resistenza alla corrosione (in combinazione con altri rivestimenti), film continuo, liscio e sottile.
√Adatto per diversi tipi di finitura: strati di oli, cere anticorrosione o lubrificanti (tipo fluoropolimeri) diversi tipi di verniciatura a polvere.
√Fornisce un'eccellente adesione per vernici in polvere, rivestimenti elettroforetici o vernici liquide e isolamento elettrico.
√Pretrattamento ideale per ambienti severi come aree industriali offshore o inquinanti.
I processi di fosfatazione allo zinco dizincato, zincato a caldoosheardizzatoi prodotti sono
√ Installazione
√Sgrassaggio e pulizia della superficie
√Attivazione
√Fosfatazione allo zinco
√Risciacquo
√Passivazione
√Asciugatura
L'applicazione del rivestimento di fosfato di zinco si traduce in uno strato di fosfati cristallini insolubili (1-20μ), che crea uno strato poroso composto da Hopeite, fosfofillite e altri composti di fosfato di zinco che si combinano con il rivestimento di zincatura a caldo, zinco cappotto di placcatura o cappotto sheardized attraverso il processo sopra menzionato. Poiché il rivestimento al fosfato di zinco è incolore, i suoi toni di grigio sono il risultato di riflessi. Ciò significa che il mantello non è influenzato dai raggi ultravioletti; assolvendolo da qualsiasi preoccupazione di resistenza agli agenti atmosferici. Inoltre, l'elevata porosità del rivestimento al fosfato di zinco consente l'induzione di anidride carbonica e particelle d'acqua nell'atmosfera, consentendogli di reagire per formare uno strato di carbonato di zinco basico che appare come i toni di grigio che si depositano nel tempo.
Tuttavia, dobbiamo sapere che anche se i rivestimenti fosfatici forniscono una buona adesione e una certa protezione barriera, quando il rivestimento viene danneggiato la corrosione progredisce rapidamente sulla superficie metallica aperta perché i fosfati a bassa solubilità non possiedono un potere inibente sufficiente rispetto ai cromati e quindi non possono fornire l'autoguarigione della zona danneggiata. Tuttavia, si può osservare un effetto autorigenerante quando il rivestimento fosfato include fosfati solubili che possono lisciviare dal rivestimento e precipitare nei siti difettosi, come è stato dimostrato da Aramaki (2003).
